(57)【要約】  本発明は、ろう付けされるプレート型熱交換器ブロック（１１）を製造する方法であって、前記プレート型熱交換器ブロックは、少なくとも２つの流体間の間接的な熱交換のために複数の熱交換通路（１）を有しており、前記プレート型熱交換器ブロック（１１）は、構成要素（４，８，３）としての仕切りプレート（４）と、縁部条片（８）と、熱案内構造（３）とから構成されており、前記熱案内構造（３）は、交互に配置された波頂（１２，１４）と波ウェブ（１３）とを含む波形構造を有しておりまたは形成しており、前記波頂（１２，１４）は互いに平行に配置されている方法に関する。この方法は、以下のステップを有する。すなわち、前記仕切りプレート（４）の間に縁部条片（８）と熱案内構造（３）とを挿入しながら、前記仕切りプレート（４）を平行に配置することにより、前記構成要素（３，４，８）を１つの積層体（１１）として配置するステップと、積層体（１１）をろう付けするステップ。構成要素（３，４，８）を１つの積層体として配置するステップの前に、ろう材（Ｌ）を、前記プレート型熱交換器ブロック（１１）の前記構成要素（３，４，８）のうちの１つまたは複数に被着し、この際に、縁部条片（８）の各支持面（８ａ，８ｂ）、熱案内構造（３）の各支持面（１２ｂ，１４ａ）および／または前記仕切りプレート（４）の各支持領域（４ａ，４ｂ）をろうにより形成し、構成要素（３，４，８）を積層体（１１）として配置するステップの後、かつ積層体（１１）をろう付けするステップの前に見て、各仕切りプレート（４）の１つの面（４．１，４．２）上の前記支持領域（４ａ，４ｂ）の間、かつ／または前記支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）の間に位置する表面領域（１５）が、ろう層（Ｌ）を有していない、またはろう層（Ｌ）に接触していない、ようにする。
2019529117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ろう付けされるプレート型熱交換器ブロック（１１）を製造する方法であって、前記プレート型熱交換器ブロックは、少なくとも２つの流体間の間接的な熱交換のために複数の熱交換通路（１）を有しており、前記プレート型熱交換器ブロック（１１）は、構成要素（４，８，３）としての仕切りプレート（４）と、縁部条片（８）と、熱案内構造（３）とから構成されており、前記熱案内構造（３）は、交互に配置された波頂（１２，１４）と波ウェブ（１３）とを含む波形構造を有しておりまたは形成しており、前記波頂（１２，１４）は互いに平行に配置されており、以下のステップ、すなわち、
前記仕切りプレート（４）の間に縁部条片（８）と熱案内構造（３）とを挿入しながら、前記仕切りプレート（４）を平行に配置することにより、前記構成要素（３，４，８）を１つの積層体（１１）として配置するステップであって、各熱交換通路（１）をそれぞれ少なくとも２つの縁部条片（８）によって画定し、前記縁部条片（８）はそれぞれ第１の支持面（８ａ）で、隣接する仕切りプレート（４）の支持領域（４ｂ）に接触し、かつ、前記第１の支持面（８ａ）とは反対側の別の第２の支持面（８ｂ）で、別の隣接する仕切りプレート（４）の別の支持領域（４ａ）に接触しており、前記各熱案内構造（３）の前記波頂（１２，１４）はそれぞれ支持面（１２ｂ，１４ａ）で、前記隣接する仕切りプレート（４）の対応配置された支持領域（４ｂ）に接触しているステップと、
前記積層体（１１）をろう付けするステップと、
を有する、ろう付けされるプレート型熱交換器ブロック（１１）を製造する方法において、
前記構成要素（３，４，８）を前記積層体として配置する前記ステップの前に、ろう材（Ｌ）を、前記プレート型熱交換器ブロック（１１）の前記構成要素（３，４，８）のうちの１つまたは複数に被着し、この際に、
前記各支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）および／または前記各支持領域（４ａ，４ｂ）をろうにより形成し、
前記構成要素（３，４，８）を前記積層体（１１）として配置する前記ステップの後、かつ前記積層体（１１）をろう付けする前記ステップの前では、各仕切りプレート（４）の１つの面（４．１，４．２）上の前記支持領域（４ａ，４ｂ）の間、かつ／または前記支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）の間に位置する表面領域（１５）が、ろう層（Ｌ）を有していない、またはろう層（Ｌ）に接触していない、
ようにすることを特徴とする、ろう付けされるプレート型熱交換器ブロック（１１）を製造する方法。
【請求項２】
前記構成要素（３，４，８）を１つの積層体として配置する前記ステップ前に、ろう材（Ｌ）を、前記プレート型熱交換器ブロック（１１）の前記構成要素（３，４，８）のうちの１つまたは複数に、前記各構成要素（３，４，８）と前記ろう材（Ｌ）との間の少なくとも１つの境界層（Ｇ）において、前記ろう材（Ｌ）と前記各構成要素（３，４，８）の材料（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）との合金が形成されるように、被着する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記構成要素（３，４，８）を前記積層体（１１）として配置する前記ステップの後、かつ前記積層体（１１）をろう付けする前記ステップの前では、各仕切りプレート（４）の１つの面上の前記支持領域（４ａ，４ｂ）の間、かつ／または前記支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）の間に位置する全ての表面領域（１５）が、ろう層（Ｌ）を有していない、またはろう層（Ｌ）に接触していない、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記構成要素（３，４，８）の上にろう（Ｌ）により形成される前記支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）および／または前記支持領域（４ａ，４ｂ）は、前記各支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）および／または前記各支持領域（４ａ，４ｂ）にわたって一定の厚さ（Ｙ１，Ｙ２）を有して形成される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記ろう材（Ｌ）を、前記プレート型熱交換器ブロック（１１）の前記構成要素（８，３，４）に、少なくとも一方の支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）および／または少なくとも一方の支持領域（４ａ，４ｂ）の前記ろう材（Ｌ）が、他方の支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）および／または他方の支持領域（４ａ，４ｂ）の前記ろう材（Ｌ）の厚さ（Ｙ２）とは異なる厚さ（Ｙ１）を有するように被着する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記ろう材（Ｌ）を、前記プレート型熱交換器ブロック（１１）の前記構成要素（８，３，４）に、少なくとも一方の支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）および／または少なくとも一方の支持領域（４ａ，４ｂ）の前記ろう材（Ｌ）が、他方の支持面（８ａ，８ｂ，１２ｂ，１４ａ）および／または他方の支持領域（４ａ，４ｂ）の前記ろう材の組成とは異なる組成を有するように被着する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記構成要素（３，４，８）を１つの積層体として配置する前記ステップの前に、前記ろう材（Ｌ）を前記縁部条片（８）と前記熱案内構造（３）とに被着し、前記仕切りプレート（４）はろう層（Ｌ）を有していない、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記構成要素（３，４，８）を前記積層体（１１）として配置する前記ステップの前に、前記ろう材（Ｌ）を前記仕切りプレート（４）に被着し、前記縁部条片（８）と前記熱案内構造（３）はろう層（Ｌ）を有していない、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記構成要素（３，４，８）を前記積層体（１１）として配置する前記ステップの前に、前記ろう材（Ｌ）を前記仕切りプレート（４）と、前記縁部条片（８）と、前記熱案内構造（３）とに被着する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記ろう材（Ｌ）を３Ｄプリント法により被着する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記ろう材（Ｌ）を、前記ろう材（Ｌ）の溶射により被着する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記ろう材（Ｌ）は、以下の材料、すなわち、アルミニウム、シリコン、マグネシウムのうちの少なくとも一種または複数種を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの構成要素（３，４，８）に被着されたろう材層（Ｌ）は、前記被着後、固体の凝集状態にある金属層となる、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート型熱交換器ブロックを製造する方法に関する。
【０００２】
従来技術により、一方の第１の流体の熱を間接的に他方の第２の流体に伝達するように構成されているプレート型熱交換器が公知である。この場合、流体はプレート型熱交換器内で、プレート型熱交換器ブロックの分離された複数の熱交換通路内でガイドされる。これら熱交換通路は、プレート型熱交換器ブロックのそれぞれ２つの平行な仕切りプレートによって画定されており、これら仕切りプレートの間には、フィンとも呼ばれるそれぞれ１つの熱案内構造が配置されている。
【０００３】
このようなプレート型熱交換器ブロックは例えば、「The standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association」ＡＬＰＥＭＡ規格、２０１０年、第３版に図示され説明されている。このようなプレート型熱交換器ブロックは、仕切り板の形態の互いに平行に配置された複数の仕切りプレートを有しており、これらのプレートが、互いに間接的に熱伝達すべき流体用の複数の熱交換通路を形成している。この場合、熱交換に関与する流体間の熱交換は、隣接する熱交換通路間で行われ、熱交換通路、ひいては流体は、仕切りプレートによって互いに分離されている。熱交換は、仕切りプレート、ならびに仕切りプレート間に配置された熱案内構造（フィン）を介した熱伝達により行われる。熱交換通路は、仕切り板の縁部に同一平面に取り付けられた、サイドバーとも呼ばれる（例えば、薄板ストリップの形態の）縁部条片によって外部に対して閉じられている。プレート型熱交換器ブロックはさらに、カバープレートを成す（例えば、カバー板の形態の）最も外側の２つの仕切りプレートによって外部に対して画定されている。両カバープレートは、プレート型熱交換器ブロックの最も外側の仕切りプレートによってもそれぞれ形成される。
【０００４】
熱交換流体の流入および流出のために、熱交換通路の入口開口および出口開口の上方で、流入管路および流出管路への接続のために用いられる管片を備えた捕集体が熱交換器ブロックに取り付けられている。
【０００５】
このような形式のプレート型熱交換器は好適にはアルミニウムから形成されており、構成部分は硬質はんだ付けによって互いに接続される。
【０００６】
このようにろう付けされるプレート型熱交換器の製造は、例えば１９８４年のLinde Reports on Science and Technology、第３７号に記載されたDr. Wolfgang Dieryによる記事「The Manufacture of Plate-Fin Heat Exchangers at Linde」に記載されている。
【０００７】
これによるとまずは、仕切りプレート、フィン、サイド条片のような構成要素を相応の寸法で準備する。続く洗浄プロセス後に、これら構成要素を１つの積層体として配置し、この場合、仕切りプレートはフィンと、それぞれ少なくとも２つのサイドバーとを介在させて、互いに平行に配置される。
【０００８】
仕切りプレートには（カバープレートを除いて）両側で、本特許出願の図１に示したようにそれぞれ１つのろう層Ｐが設けられていて、これらのろう層は１つの芯材Ｋに被着されている。図１には、上記従来技術による、フィン３とサイドバー８を介在させて互いに上下に積層された、ろうクラッド材Ｐを備えた仕切り板４も示されている。
【０００９】
図１によれば、このような形式の仕切り板は通常、まずは、クラッド材Ｐ、芯材Ｋ、および別のクラッド材Ｐを含む３つのバーから成る１つの積層体を組み立てることにより製作される。
【００１０】
３つのバーＰ，Ｋ，Ｐは次いで縁部における溶接により点状に互いに付着され、続くクラッド材圧延プロセスで互いに面接続され、必要な厚さにされる。通常、厚さ全体Ｘに対するろうクラッド材の厚さＹの比Ｙ／Ｘは、１０％〜１８％である。
【００１１】
この方法の欠点は、クラッド材Ｐの厚さＹは、図１に略示したもののようではなく、通常、芯材Ｋの面全体にわたって変化しており、すなわち、詳細には、極めて薄いクラッド材領域が散在する恐れがあり、これらの領域は続く洗浄プロセスでさらに摩耗されるということにある。
【００１２】
米国特許第４０５３９６９号明細書（US 4,053,969）の図１および図２では、ろう粉末およびバインダから成る混合物を、波形の薄板およびサイド条片上に吹き付け、次いで例えば上面１ａのような表面から除去することが提案されていて、これによりろうが、凹部の表面にのみ、すなわち波形の薄板の溝の側方の表面１ｂと底面１ｃにのみ、かつサイド条片の側方の表面３ｂに存在している。
【００１３】
国際公開第２０１５／０６７３５６号（WO 2015/067356A1）には、溶融塩とプレート型熱交換器の熱媒体との間の間接的な熱交換法が記載されている。この熱交換器は、フィン３０と、仕切り板４と、サイドバー８（図２）とを備えた個々の通路３（図３）を互いに積層させて、ろうを設け、炉内で硬質はんだ付けすることにより製作される。
【００１４】
米国特許第２００６／００９０８２０号明細書（US 2006/0090820）の図２にはろう付けされたプレート型熱交換器が示されている。この熱交換器は、それぞれ薄板とろう材から成るプレフォームを必要な数、予め準備することにより製作される。１つのプレフォームがそれぞれ隣接するフィン２とプレート１との間に挿入され、これらはろう付けにより互いに接合されるべきである。ろう付け後は、隣接するプレート１とフィン２との間の接触領域には殆ど完全にろう材４が設けられている。
【００１５】
このような従来技術から出発して本発明の根底を成す課題は、プレート型熱交換器を製造する改善された方法を提供することである。
【００１６】
この課題は請求項１に記載の特徴を備えた方法により解決される。本発明の方法の好適な態様は、相応の従属請求項に記載され、以下で説明される。
【００１７】
請求項１によると、ろう付けされるプレート型熱交換器ブロックを製造する方法が提案されており、このプレート型熱交換器ブロックは、少なくとも２つの流体間の間接的な熱交換のために複数の熱交換通路を有しており、このプレート型熱交換器ブロックは、構成要素としての仕切りプレートと、縁部条片と、熱案内構造とから構成されており、この熱案内構造は、交互に配置された波頂と波ウェブとを含む波形構造を有しておりまたは形成しており、波頂は互いに平行に配置されており、本発明による方法は以下のステップを有している：
−仕切りプレートの間に縁部条片と熱案内構造とを挿入しながら、仕切りプレートを平行に配置することにより、構成要素を１つの積層体として配置するステップであって、各熱交換通路をそれぞれ少なくとも２つの縁部条片によって画定し、縁部条片はそれぞれ第１の支持面で、隣接する仕切りプレートの支持領域に接触し、かつ、第１の支持面とは反対側の別の第２の支持面で、隣接する別の仕切りプレートの別の支持領域に接触しており、各熱案内構造の波頂はそれぞれ支持面で、隣接する仕切りプレートの対応配置された支持領域に接触しているステップと、
−積層体をろう付けするステップ。
【００１８】
本発明によれば、構成要素を積層体として配置するステップの前に、ろう材を、プレート型熱交換器ブロックの構成要素のうちの１つまたは複数に被着し、この際に、
−各支持面および／または各支持領域をろうにより形成し、
−構成要素を積層体として配置するステップの後、かつ積層体をろう付けするステップの前に見て、各仕切りプレートの１つの面上の支持領域の間、かつ／または支持面の間に位置する表面領域が、ろう層を有していない、またはろう層に接触していない、ようにする。
【００１９】
本発明により、プレート型熱交換器ブロックの構成要素間の所望の接続領域にろう材層を目標通りに被着することにより、仕切りプレートの両側に全面的にろう層が設けられる冒頭で述べた従来技術と比較してろう材を削減することができる。比較的狭い部分を有した高さの低いフィンの場合には特に、形成される流れ通路が過剰なろうによって横断面を狭められることがないので、接続個所へのろうの目標通りの被着は有利であり、そうでなければ、圧力損失および熱伝達に対する予測不能な影響が生じる恐れがある。
【００２０】
好適には、構成要素を積層体として配置するステップの後、かつ積層体をろう付けするステップの前に見て、各仕切りプレートの１つの面上の支持領域の間、かつ／または支持面の間に位置する全ての表面領域が、ろう層を有していない、またはろう層に接触していないように、ろうは１つまたは複数の構成要素に、これら構成要素を積層体として配置する前に被着される。
【００２１】
特にさらに、本発明の１つの実施形態によれば、個々の支持面は互いに分離されていて、ろう接続の形成前は、ろう材から成る接続部を互いに上下に有していない。同じことは特に、支持領域がそれぞれろう材層から形成される場合は、支持領域にも当てはまる。すなわち特に、仕切りプレートの同じ面の上にある支持領域は、少なくとも構成要素のろう付け前は、ろう材を有さない領域によって互いに分離されている。
【００２２】
好適な実施形態によれば、構成要素を積層体として配置するステップの前に、ろう材を縁部条片と熱案内構造とに被着し、仕切りプレートはろう層を有していないままである。これによると、本発明によれば例えばろう材を、サイドバーおよび／またはフィンに単に規定通りに被着することができ、これによりサイドバーおよび／またはフィンは、それぞれ限定的なろう材層によって形成される、互いに分離された限定的な支持面を有し、この場合、仕切りプレートはろう材を有さない。
【００２３】
さらに、構成要素を積層体として配置するステップの前に各ろう材を仕切りプレートに被着し、縁部条片と熱案内構造とはろう層を有さないままにする、すなわち、ろう層を設けないこともできる。これは、サイドバーもしくはフィンにろう層を被着するのではなく、仕切りプレートに被着し、これによりこれら仕切りプレートが、それぞれ限定的なろう材層によって形成されている、それぞれ複数の互いに分離された支持領域を有することを意味する。
【００２４】
これらの原則的な両形式は、本発明によれば勿論、任意に互いに組み合わせることもできるので、基本的には、各支持面（サイドバーまたはフィン）および／または、仕切りプレート（ならびにプレート型熱交換器ブロックの別の構成要素）の所定の配置により支持面に接触する、対応配置された支持領域（仕切りプレート）を、それぞれ１つのろう材層によって形成することができる。例えば、構成要素を積層体として配置するステップの前に、ろう材を仕切りプレートと、縁部条片と、熱案内構造とに被着することができる。
【００２５】
さらに、本発明によれば、好適には、必要な個所にろうを目標通りに被着するだけではなく、その都度の必要に応じて、様々なろうの量を設けることもできる。
【００２６】
したがって、例えば、従来技術の方法では、フィンの領域で確実な接続を保証するために、サイドバーの領域では特別な使用の場合に生じる漏れを妥協しなければならない、ということがある。サイドバーに被着されるろう材により、層の厚さに目標通りに影響を与えることができるので、漏れの危険は減じられる。
【００２７】
本発明による方法の好適な実施形態によれば、構成要素を積層体として配置するステップの前に、ろう材を、プレート型熱交換器ブロックの構成要素に、少なくとも一方の支持面（すなわち相応のろう材層）のろう材および／または少なくとも一方の支持領域（すなわち、相応のろう材層）のろう材が、他方の支持面および／または他方の支持領域のろう材の厚さとは異なる厚さを有するように被着させる。この場合、各厚さの方向は、互いに並んで、もしくは互いに重なって配置された仕切りプレートに対して垂直に延在している。例えば、サイドバーと仕切りプレートとの間のろう材層は、フィンと仕切りプレートとの間のろう材層よりも厚く構成することができる。
【００２８】
さらに、本発明によれば、ろう材の組成の変更、もしくは接続すべき構成要素に応じた組成の変更も可能であり、これにより発展的なプロセスは著しく簡略化され、加速される。
【００２９】
したがって、本発明による方法の好適な実施形態によれば、構成要素を積層体として配置するステップの前に、ろう材を、プレート型熱交換器ブロックの構成要素に、少なくとも一方の支持面および／または少なくとも一方の支持領域のろう材が、他方の支持面および／または他方の支持領域のろう材の組成とは異なる組成を有するように被着する。
【００３０】
好適には、少なくとも１つの構成要素に被着されるろう材層は、被着後、固体の凝集状態にある金属層であり、好適にはこの層は非金属の成分を含まず、特にフラックス、ペースト、または接着剤等を含まない。
【００３１】
本発明の好適な実施形態によれば、構成要素を積層体として配置するステップの前にろう材を、プレート型熱交換器ブロックの構成要素のうちの１つまたは複数に、各構成要素とろう材との間の少なくとも１つの境界層で、ろう材と各構成要素の材料との間に合金が形成されるように、被着する。これにより、各構成要素の材料とろうとの間には、金属的なもしくは材料接続的な、換言すると、金属間の接続が形成される。したがってろう層は、損傷または剥離に対して敏感ではない。各構成要素とろうとの間の境界層で、ろう材と各構成要素の材料との間に合金を形成することができるように、ろう材と、各構成要素の材料とを、この境界層で、例えば圧力の付与および／または温度により、溶融、ひいては溶解させなければならない。
【００３２】
本発明による方法の好適な態様によれば、当該構成要素（例えば、サイドバー、フィン、仕切りプレート）に支持面および／または支持領域を形成するためにろう材を３Ｄプリント法によって、すなわち特に、プレート型熱交換器ブロックの構成要素を互いに並べてもしくは互いに重ねて、配置する／積層する前に、プリント形成することが想定されている。これにより、ろう層を規定通りに、全面にわたって均一な厚さで形成することができる。さらに、ろう層の厚さを、ろうの圧延被覆を行う冒頭で述べた方法に対して比較的小さく寸法設定することができる。この場合、例えば仕切りプレートにおいて全厚さＸに対するろうクラッド材の厚さＹの比Ｙ／Ｘは、１０％未満であってよく、例えば５％〜７％未満とすることができる。
【００３３】
好適には、構成要素の上にろう（Ｌ）により形成される支持面および／または支持領域は、各支持面および／または各支持領域にわたって一定の厚さを有して形成される。
【００３４】
さらに、本発明による方法の好適な実施形態によれば、ろう材により形成された支持面および／またはろう材により形成された支持領域を、構成要素を積層体として配置するステップの前にそれぞれ、相応の対応部材が、構成要素の積層の際に、それぞれ各ろう層の面全体にわたって接触するように形成されることが想定されている。
【００３５】
適した３Ｄプリント法は従来技術により公知である。好適には、本発明による方法で使用される３Ｄプリント法では、ろう材もしくは出発材料はまず、粉末形態またはワイヤ形態で存在している。３Ｄプリント法としては、これに関して例えば、電子ビーム溶解を使用することができ、この場合、出発材料（粉末形態またはワイヤ形態）を所望のように溶融し、この場合、製造すべき３Ｄ構造もしくはろう材層を層ごとに形成する。選択的には例えば、レーザ焼結も使用することができる。 この場合、工作物もしくはろう材層を、粉末状の出発材料から層ごとに形成し、この場合、粉末粒子の溶融をレーザ光により行う。
【００３６】
選択的に、またはこれに対して補足的に、１つの実施形態によれば、上記構成要素にろう材を溶射することによりろう材を被着することもできる（上記も参照）。溶射では、ろう材が溶融されて、ガス流内で噴射粒子として加速され、被覆したい構成要素の表面へと吹き付けられる、これにより、この構成要素は、１つ以上の限定的な支持面（サイドバーまたはフィン）もしくは１つ以上の限定的な支持領域（仕切りプレート）を得る。
【００３７】
ろう層の持ち込み
本発明の方法の１つの実施形態によれば、仕切りプレート、縁部条片、および熱案内構造を例えば真空ろう付け炉または熱伝達浴内で加熱し、これによりろう材層を溶解し、縁部条片と、それぞれ隣接する仕切りプレートとの間の、ならびに熱案内構造とそれぞれ隣接する仕切りプレートとの間のろう付け接続部を形成することが想定される。温度は加熱の際に好適には、プレート型熱交換器ブロックの構成要素の硬質はんだ付けが行われるように、調節される。
【００３８】
好適には、仕切りプレートは、（サイドバーおよびフィンを介在させて）仕切りプレートを配置する際に、サイドバーとフィンとを介在させて１つの積層体として互いに重ねられて配置されて、これにより仕切りプレートはそれぞれ１つの水平面で延在する。
【００３９】
さらに、本発明による方法の好適な実施形態によれば、構成要素を積層体として配置するステップの前に、ろう材を縁部条片および熱案内構造に、縁部条片とろう材との間、かつ熱案内構造とろう材との間に金属的な結合が形成されて、縁部条片と熱案内構造の支持面だけがろう材を有し、この場合特に、仕切りプレートは、特にその支持領域は、ろう漬け接続部の上記の形成前にはろう材を有さないように、被着される。すなわち、この実施形態でも仕切りプレートは、個々の構成要素のろう付け前にはろう材料を有していない。
【００４０】
本発明による方法の好適な実施形態によればろう材は、以下の材料、すなわち、アルミニウム、シリコン、マグネシウムのうちの少なくとも一種または複数種を有する。
【００４１】
本発明による方法により、特に、上記構成要素が例えば３００３アルミニウム合金から成っていてよいアルミニウムプレート型熱交換器を製造することができる。構成要素のための別の材料のリストは、冒頭で述べたＡＬＰＥＭＡ規格の表６−１および６−２に挙げられている。ろう材としては例えば４００４アルミニウム合金を使用することができる。
【００４２】
しかしながら基本的には、本発明による方法は特殊鋼から成るプレート型熱交換器でも考えることができる。
【００４３】
プレート型熱交換器ブロックの製造後は、捕集体（ヘッダーとも呼ばれる）をプレート型熱交換器ブロックに溶接することができる。このような捕集体を介して、流体を、プレート型熱交換器ブロックの対応配置された熱伝達通路内へと導入することができ、もしくは熱伝達通路から排出することができる。各捕集体には好適には管片が溶接され、この管片を介して各流体を捕集体内へと導入することができ、もしくは捕集体から排出することができる。
【００４４】
このように製造されたプレート型熱交換器は、好適には、プレート型熱交換器内へと案内される流体につき、管片を備えた２つの捕集体を有しており、流体は一方の管片と捕集体とを介して、所属の熱交換通路へと導入可能であり、他方の捕集体もしくは管片を介して再び導出可能である。
【００４５】
好適には、本発明による方法により製造されるプレート型熱交換器ブロックは、第１の流体のために第１の熱交換通路を有しており、この熱交換通路はそれぞれ２つの隣接する仕切りプレートによって画定されていて、第１の流体を導入するもしくは排出する、例えばプレート型熱交換器ブロックに溶接された、それぞれ２つの捕集体に流れ接続されている。さらに、プレート型熱交換器は好適には、第２の流体のために第２の熱交換通路を有しており、この熱交換通路はそれぞれ２つの隣接する仕切りプレートによって画定されていて、第２の流体を導入するもしくは排出する、例えばプレート型熱交換器ブロックに溶接された、それぞれ２つの別の捕集体に流れ接続されている。
【００４６】
第１および第２の熱交換通路は好適には交互に互いに隣接して配置されていて、これにより両流体は、隣接する熱交換通路を通って流れることができ、互いに間接的に熱交換をすることができる。熱交換通路内には、すなわちそれぞれ２つの隣接する仕切壁の間には、好適にはフィンが配置されていて、このフィンは特に波形の構造を有していて、この構造は、各構造の側縁によって互いに接続されている交互に配置された谷部と山部とを備えており、これにより各熱交換通路は、それぞれ対応配置された両仕切り壁の間に複数の平行な通路を形成していて、これらの通路を通って各流体が流れることができる。
【００４７】
本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の実施例の以下の図面の説明において図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来技術により製造されたプレート型熱交換器の断面図であって、この場合プレート型熱交換器の仕切りプレートは両側で全面的なろうクラッドを有している。
【図２】本発明による方法により製造されるプレート型熱交換器を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態を、ろう材がサイドバーおよびフィンに被着された構成要素の積層された状態で示す図である。
【図４】第１の実施形態を分解図で示す図である。
【図５】第２の実施形態を、ろうが仕切りプレートに被着された構成要素の積層体の分解図で示す図である。
【図６】第３の実施形態を、構成要素の積層体の分解図で示す図であって、この図では、サイドバーと仕切りプレートとの間の接続領域ではろうが仕切りプレートにだけ被着されていて、フィンと仕切りプレートとの間の接続領域ではろうがフィンにだけ被着されている。
【００４９】
図２には、本発明による方法によって製造可能であるようなプレート型熱交換器１０が例として示されている。このプレート型熱交換器１０は、（例えば、仕切り板の形態の）互いに平行に配置された複数の仕切りプレート４を有しており、これらのプレートが、互いに間接的に熱伝達する流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのための複数の熱交換通路１を形成している。
【００５０】
仕切りプレート４は例えばアルミニウム合金から成っている。この場合、熱交換に関与する流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ間の熱交換は、隣接する熱交換通路１間で行われ、熱交換通路１、したがって流体は、仕切りプレート４によって互いに分離されている。熱交換は、仕切りプレート４、ならびに仕切りプレート４間に配置された加熱面エレメント（フィン）３を介した熱伝達により行われ、これら加熱面エレメントも特にアルミニウム合金から成っていてよい。
【００５１】
熱交換通路１は、仕切りプレート４の縁部に同一平面で取り付けられた、以降、サイドバー８とも呼ばれる金属ロッド８の形態の縁部条片によって外部に対して閉じられている。上記サイドバー８もアルミニウム合金から成っていてよい。熱交換通路１の内側、もしくはそれぞれ２つの仕切りプレート４の間には波形のフィン３が配置されており、１つのフィン３の横断面は、図２の詳細図に示されている。
【００５２】
この図によると、フィン３は、波頂１２，１４と波ウェブ１３とを交互に有するそれぞれ１つの波形構造を有し、下側の波頂１２は、当該フィン３の波ウェブ１３を介して、隣接する上側の波頂１４に接続されており、これにより上記のような波形構造が形成される。
【００５３】
波形構造は、図３に示したように、はっきりと屈曲された区分（屈曲縁）を波頂１２，１４に有していてもよく、または図２に示したように台形の形状を有していてもよい。波形の波頂１２，１４が、波ウェブ１３に対して直角に延在していることも考えられる。
【００５４】
波形構造により、両側の仕切りプレート４と共に、各流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを案内する通路が、各熱交換通路１として形成される。各フィン３の波形構造の波頂１２，１４は、それぞれ隣接する仕切りプレート４に、さらに後述するようにろう付けを介して接続されている。したがって熱交換に関与する流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、波形構造３に直接的に熱接触するので、波頂１２，１４と仕切りプレート４との間の熱接触による熱伝達が保証されている。熱伝達を最適にするために、波形構造の向きは使用例に応じて、隣接する通路間で並流、直交流、向流、または直交・向流が可能となるように選択される。
【００５５】
プレート型熱交換器１０は、例えばプレート型熱交換器１０の端部に、または真ん中の区分に、熱交換通路１への開口９を有していて、この開口を介して流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは熱交換通路１内へ導入され得る、もしくは熱交換通路１から排出され得る。これらの開口９の領域では、個々の熱交換通路１はディストリビュータ（分配）フィン２を有していてよく、これらディストリビュータフィンは各流体を、当該熱交換通路１の１つのフィン３の通路へと分配する。流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはさらに、プレート型熱交換器ブロック１１の開口９を介して、対応配置された熱交換通路１内へと導入され、別の開口９を通って当該熱交換通路１から再び排出される。
【００５６】
仕切りプレート４、フィン３、サイドバー８、ならびに場合によってはその他の構成要素（例えば、ディストリビュータフィン２）は、ろう付けにより、好適には硬質はんだ付けにより、互いに接続され、これについて以下に説明する。
【００５７】
図３には、本発明の第１の実施形態による、積層体１１のろう付け前の、仕切りプレート４、フィン３、サイドバー８から成る１つの積層体の断面図が示されている。図４にも、この第１の実施形態が、複数の構成要素から成る１つの積層体の分解図で示されている。この第１の実施形態では、プレート型熱交換器ブロック１１の構成要素３，４，８が積層体１１に配置される前に、ろう層Ｌが所定の形式で、フィン３とサイドバー８とに被着されるが、仕切りプレート４にはろう層は被着されない。このことは、仕切りプレート４は、積層体形成前に、ひいてはろう付け前に、ろう層Ｌを有していないことを意味する。
【００５８】
ろう層Ｌの被着はこの場合、次のように行われる。サイドバー８に両側で、すなわちサイドバーの下面８．１と上面８．２にろう層Ｌが被着され、これらろう層は、したがって接触すべき仕切りプレート４のために、ろうＬから成る上側の支持面８ａと、ろうＬから成る下側の支持面８ｂとを形成する。
【００５９】
フィン３上には、それぞれ下側の波頂１２とそれぞれ上側の波頂１４とに同様にろう層Ｌが被着され、これらろう層は、接触すべき仕切り板４のために、ろうＬから成るそれぞれ下側の支持面１２ｂと上側の支持面１４ａとを形成する。
【００６０】
個々の支持面８ａ，８ｂもしくは１４ａ，１２ｂはこの場合、それぞれ１つの限定的なろう材層Ｌにより形成される。サイドバー８に被着されたろう材層Ｌの詳細は、図３の下方領域に示されている。ろう材層Ｌは例えば、３Ｄプリントまたはろう材Ｌの溶射により製作され、これによりろう材Ｌとサイドバー８の材料Ｍ３とは境界層Ｇにおいて１つの合金を互いに形成する。同じことは、ろうＬとフィン３の材料Ｍ１についても言えるが、これについて詳しくは示されていない。境界層Ｇにおける合金形成の前提条件は、ろう材Ｌおよびサイドバーの材料Ｍ３およびフィン３の材料Ｍ１は、境界層Ｇにおいて、温度および／または圧力の作用により溶解し、ひいては溶融されるということである。
【００６１】
図３によれば、サイドバー８のろう材層Ｌは、仕切りプレート４に対して垂直方向に厚さＹ１を有していて、フィン３は、仕切りプレート４に対して垂直方向で厚さＹ２を有するろう材層Ｌを有している。図３において符号Ｚは、仕切りプレート４の厚さを示す。この場合、サイドバー８のろう材層Ｌの厚さＹ１は、フィン３の上側の波頂１４および下側の波頂１２のろう材層Ｌの厚さＹ２とは異なっていてよい。
【００６２】
ろう層厚さＹ１およびＹ２は、その都度の使用に応じて選択することができる。さらに異なるろう材層Ｌのろう材Ｌは、異なる組成を有していてよい。
【００６３】
ろう層Ｌの被着に続いて、ろう被覆されたフィン３およびサイドバー８と、ろう層を有さない、特にその下面４．１にも上面４．２にもろう層を有さない仕切りプレート４とに、洗浄法を施すことができる。
【００６４】
次いで、構成要素３，４，８は、図３に示した積層体１１として配置される。サイドバー８とフィン３（特に、図３には示されていないディストリビュータフィンも）とは、サイドバー８がそれぞれ、ろうＬから成る上側の支持面８ａで、上方に向かって隣接する仕切りプレート４の下面４．１の下方を向いた支持領域４ｂに接触し、上側の支持面８ａとは反対側の、ろうＬから成る下方を向いた支持面８ｂで、下方に向かって隣接する仕切りプレート４の上面４．２の上方を向いた支持領域４ａに接触するように配置されている。
【００６５】
さらに、図３のような配置では、各フィン３の上側の波頂１４はそれぞれ、ろうＬから成る上側の支持面１４ａで、上方に向かって隣接する仕切りプレート４の下面４．１の対応配置された下方を向いた支持領域４ｂに接触し、これに対して、各フィン３の下側の波頂１２はそれぞれ、ろうＬから成る下側の支持面１２ｂで、下方に向かって隣接する仕切りプレート４の上面４．２の対応配置された上方を向いた支持領域４ａに接触する。
【００６６】
仕切りプレート４の支持領域４ａ，４ｂは、図３および図４に示したこの第１の実施例では、ろう材Ｌを有しておらず、各仕切りプレート４の各表面により形成される。
【００６７】
好適には、それぞれ同じ厚さを有する平坦な支持面８ａ，８ｂもしくは１４ａ，１２ｂを形成し、仕切りプレート４の対応配置された支持領域４ａもしくは４ｂに面状に接触することを想定されたろう材層Ｌは、この場合、互いに分離されて、もしくは互いに間隔を置いて形成されていて、好適には、後に（ろう付け後に）、２つの構成要素間のろう付け接続部を形成すべき領域にのみ位置する。したがって仕切りプレート面４．１，４．２の支持領域４ａ，４ｂの間には、図３の積層された図で見て、ろう層Ｌと接触していない、ろうを有さない領域１５が存在している。
【００６８】
図３および図４に示した第１の実施例では、上述したように、ろう材層Ｌはサイドバー８とフィン３にのみ被着される。この実施形態とは異なり、勿論、図５に示した第２の実施形態のようにろう材層Ｌを仕切りプレート４のみに設けることもできる。この場合、仕切りプレート４の支持領域４ａ，４ｂはろうＬから成っているのに対し、サイドバー８の対応する支持面８ａ，８ｂとフィン３の支持面１２ｂ，１４ａはろうを有していない。仕切りプレート４へのろう層Ｌの塗布は、サイドバー８の詳細を示した図３のように、仕切りプレート４の材料Ｍ２が境界層において、ろうＬと共に合金を形成するように行われる。
【００６９】
さらに、図３、図４、および図５の実施形態の任意の組み合わせも考えられ、この場合、ろう層Ｌは、構成要素３，４，８の計画された接続領域において構成要素３，４，８のうちの少なくとも１つに被着され、または両構成要素に被着される。
【００７０】
例えば、図６に示すように、さらに、サイドバー８と仕切りプレート４との間の接続領域においてろう材層Ｌを隣接する仕切りプレート４上に被着することが可能であり、これによりこの仕切りプレートは、ろうＬから成る限定的な支持領域４ａ，４ｂを有し、この領域にはそれぞれ対応配置されたサイドバー８が、それぞれろう材Ｌを有していない相応の支持面８ａ，８ｂでもって接触する。このことは図３においても、仕切りプレート４に関して相応の符号４ａ，４ｂ，８ａ，８ｂに対応する破線で示されている。これに対し、フィン３と仕切りプレート４との間の接続領域においては、ろう材層Ｌはフィン３の波頂１２，１４に被着され、これによりこのフィンは、ろうＬから成る限定的な支持面１２ｂ，１４ａを有し、この領域にはそれぞれ隣接する仕切りプレート４が、それぞれろう材Ｌを有していない相応の支持領域４ａ，４ｂでもって接触する。
【００７１】
図３〜図６によりわかるように、構成要素３，４，８の積層後の図では、隣接するろう層Ｌ間の各仕切りプレート面４．１，４．２には、（少なくともろう接前は）ろう材Ｌを有さない、ろうのない領域１５が存在している。
【００７２】
これは、例えば図３および図４による第１の実施形態では、サイドバーの、ろうから成る上側の支持面８ａと、フィン３の、ろうから成る支持面１４ａとの間には、仕切りプレート４の下面４．１に関して水平方向でろうのない領域１５が存在していることを意味する。 同じことは、各仕切りプレートの上面４．２に関しても当てはまる。ろうＬから成るサイドバーの下側の支持面８ｂと、同様にろうＬから成るフィン３の支持面１２ｂとの間には、水平方向でろうのない領域１５が存在している。換言するとこのことは、仕切りプレートの支持領域４ａ，４ｂの間に、各仕切りプレート面４．１，４．２に関して、構成要素３，４，８の積層後にろう層Ｌと接触しない、もしくはろう層Ｌを有してもいない領域１５が存在することを意味する。
【００７３】
構成要素３，４，８の全ての支持面８ａ，８ｂ，１４ａ，１２ｂが、対応配置された各支持領域４ａ，４ｂに接触するように積層されているならば（図３参照）、互いに接触して配置された構成要素８，３，４は加熱され、好適には炉内で、または例えば溶融塩のような、流体の熱媒体浴内で加熱され、これによりろう材Ｌは溶融され、支持面８ａ，８ｂ，１４ａ，１２ｂの場所で、仕切りプレート４との相応のろう付け接続部が形成される。
【００７４】
ろう付け後、熱交換流体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの供給もしくは排出のために、開口９（図２参照）の上方に例えば半円筒状の捕集体７（またはヘッダ）を溶接することができる。
【００７５】
さらに、各捕集体７には好適には円筒状の管片６を溶接することができる。管片６は、各捕集体７に供給管路もしくは排出管路を接続するために用いられる。
【符号の説明】
【００７６】
１  熱交換通路
２  ディストリビュータフィン
３  フィン、熱案内構造
４  仕切りプレート
４．１  仕切りプレートの下面
４．２  仕切りプレートの上面
４ａ，４ｂ  仕切りプレートの支持領域
５  カバープレート
６  管片
７  捕集体
７ａ  内面
７ｂ  縁部
８  サイドバー、縁部条片
８．１  サイドバーの下面
８．２  サイドバーの上面
８ａ，８ｂ  サイドバーの支持面
９  開口
１０  プレート型熱交換器
１１  プレート型熱交換器ブロック、積層体
１２  下側の波頂
１２ｂ  下側の波頂の支持面
１３  波ウェブ
１４  上側の波頂
１４ａ  上側の波頂の支持面
１５  ろうのない領域
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ  流体
Ｇ  境界層
Ｉ  内室
Ｌ  ろう材もしくはろう材層
Ｍ１  熱案内構造３の材料
Ｍ２  仕切りプレート４の材料
Ｍ３  サイドバー、縁部条片８の材料
Ｚ  仕切りプレートの厚さ
Ｙ１  サイドバーのろう材層の厚さ
Ｙ２  フィンのろう材料層の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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